一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置

技术领域

本发明属于晶圆生产技术领域，具体而言，涉及一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序，化学机械抛光(CMP)是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。

化学机械抛光过程包括：将晶圆吸合于抛光头的底面，晶圆具有沉积层的一面抵压于抛光垫上表面，抛光头在驱动组件的带动下与抛光垫同向旋转并给予晶圆向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在晶圆与抛光垫之间，使得晶圆在化学和机械的共同作用下完成晶圆的化学机械抛光。

化学机械抛光过程中，化学机械抛光装备会发生异常，常常发生晶圆与抛光头脱离的情况，即滑片(waferslipout)，在离心力作用下，滑片后的晶圆常常与机台碰撞而破碎，在一定程度上影响机台的正常运行，同时增加了晶圆制造的成本。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种晶圆滑片风险的评估方法及化学机械抛光装置。

第一方面，本发明一实施例提供了一种晶圆滑片风险的评估方法，包括：

S100、采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；

S200、对保持环的平均摩擦力f

S300、对气膜的平均摩擦力f

S400、定义边界条件a和b，令a＝μ

在一些实施例中，步骤S200包括：

S210、保持环所受的平均摩擦力记为f

S220、对f

在一些实施例中，步骤S210包括：

S211、以抛光头的中心为圆心，分别以r＝1、2、3……、n-1、n为半径绘圆，得到n个同心圆环；任一圆环上的θ

S212、以抛光垫的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头在抛光垫上的直线距离和夹角分别为R

若y

S213、抛光头的转速记为m，抛光头上(x

抛光垫的转速记为q，抛光垫上(x

S214、抛光头上的(x

v

v

抛光头上的(x

抛光头上的(x

S215、保持环所受的平均摩擦力记为f

/>

抛光头所受的平均摩擦力分量为

抛光头所受的合摩擦力分量分别为Sum(f

S216、抛光头和抛光垫之间的偏心距为常数e，抛光头上的(x

抛光头所受的平均摩擦力矩记为

抛光头所受的总合摩擦力矩记为Sum

在一些实施例中，步骤S220包括：

S221、对保持环的平均摩擦力f

S222、根据f

S223、保持环和抛光垫之间的摩擦系数记为μ

其中，m为保持环的直径，n为晶圆直径；

F

其中，F

在一些实施例中，步骤S300包括：

S310、晶圆所受的平均摩擦力记为f

S320、对f

在一些实施例中，步骤S310包括：

S311、晶圆所受的平均摩擦力记为f

S312、晶圆所受的平均摩擦力分量分别为

S313、晶圆所受的合摩擦力分量分别为Sum(f

S314、晶圆所受的平均摩擦力矩为

S315、晶圆所受的总合摩擦力矩为Sum

在一些实施例中，步骤S320包括：

S321、对气膜的平均摩擦力f

S322、根据f

S323、晶圆和抛光垫之间的摩擦系数为μ

其中，F

第二方面，本发明的另一实施例提供了一种化学机械抛光装置，包括：

抛光垫，其表面覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；

抛光头，配置有气膜和保持环；其中，所述气膜用于将晶圆按压在所述抛光垫上；所述保持环围绕晶圆外周设置，用于限定晶圆的位置；

采集模块，用于获取气膜和保持环的摩擦力矩；

控制装置，用于实现如一实施例提供的所述的评估方法。

第三方面，本发明的另一实施例提供了一种晶圆滑片风险的控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如一实施例提供的所述评估方法的步骤。

第四方面，本发明的另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如一实施例提供的所述评估方法的步骤。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明提供的滑片评估方法根据侧向摩擦力和摩擦系数的大小可判断当前工况和其他工况的差异，可复现现场工况，并根据两种侧向摩擦力的差值和摩擦系数的差值评估晶圆滑片风险的高低。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的滑片风险估算方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的化学机械抛光过程的坐标系构建图；

图3是本发明一实施例提供的化学机械抛光装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明中，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

图1所示的实施例提供了一种晶圆W滑片风险的评估方法，包括：

S100、采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；

S200、对保持环的平均摩擦力f

S300、对气膜的平均摩擦力f

S400、定义边界条件a和b，令a＝μ

具体地，本实施例提供的晶圆W滑片风险的评估方法包括如下步骤：

(1)在设定压力相同的情况下，分别采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；

如图2所示，以抛光头100的中心为圆心，分别以r＝1、2、3······、n-1、n为半径绘圆，得到n个同心圆环；任一圆环上的θ

(2)以抛光垫200的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头100在抛光垫200上的直线距离和夹角分别为R

若y

若y

(3)抛光头100的转速记为m，抛光头100上(x

抛光垫200的转速记为q，抛光垫200上(x

(4)抛光头100上的(x

v

v

抛光头100上的(x

抛光头100上的(x

(5)保持环所受的平均摩擦力记为f

抛光头100所受的平均摩擦力分量为

抛光头100所受的合摩擦力分量分别为Sum(f

(6)抛光头100和抛光垫200之间的偏心距为常数e，抛光头100上的(x

抛光头100所受的平均摩擦力矩记为

抛光头100所受的总合摩擦力矩记为Sum

(7)基于式(5.1)-(6.3)，推导出f

将f

将f′

将

其中，Sum(f

(8)保持环和抛光垫200之间的摩擦系数记为μ

其中，m为保持环的直径，n为晶圆W直径；

F

其中，F

(9)晶圆W所受的平均摩擦力记为f

晶圆W所受的平均摩擦力分量分别为

晶圆W所受的合摩擦力分量分别为Sum(f

(10)晶圆W所受的平均摩擦力矩为

晶圆W所受的总合摩擦力矩为Sum

(11)基于式(9.1)-(10.2)，可推导出对f

将f

将f′

将

其中，Sum(f

(12)晶圆W和抛光垫200之间的摩擦系数为μ

其中，F

(13)根据式(8.1)和式(12.1)计算a＝μ

图3所示的实施例提供了一种化学机械抛光装置，包括：

抛光垫200，其表面覆盖有用于对晶圆W进行抛光的抛光垫200；

抛光头100，配置有气膜和保持环；其中，气膜用于将晶圆W按压在抛光垫200上；保持环围绕晶圆W外周设置，用于限定晶圆W的位置；

采集模块，用于获取气膜和保持环的摩擦力矩；

控制装置，用于实现如上述实施例提供的评估方法。

如图3所示，应用于本发明实施例的化学机械抛光设备的主要构成部件包括：用于保持晶圆W并带动晶圆W旋转的抛光头100、覆盖有抛光垫200的抛光盘、用于修整抛光垫200的修整器400、用于提供抛光液的供液部300以及控制装置。

在化学机械抛光过程中，抛光头100将晶圆W按压在抛光盘表面覆盖的抛光垫200上，并且抛光头100做旋转运动以及沿抛光盘的径向往复移动使得与抛光垫200接触的晶圆W表面被逐渐抛除，同时抛光盘旋转，供液部300向抛光垫200表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过抛光头100与抛光盘的相对运动使晶圆W与抛光垫200摩擦以进行抛光。在抛光期间，修整器400用于对抛光垫200表面形貌进行修整和活化。使用修整器400可以移除残留在抛光垫200表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆W表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫200表面形变进行平整化。

抛光头100包括基座、弹性膜和保持环，弹性膜和保持环均固定在基座的下表面上，环形的保持环位于弹性膜外周且环绕弹性膜设置。弹性膜用于吸附晶圆W并向晶圆W施加下压力，保持环用于将晶圆W保持在弹性膜下方以防止晶圆W滑出。

本发明实施例还提供了一种晶圆W滑片风险的控制装置，其包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如图1所示的评估方法步骤。

其中，控制装置是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)、智能电视(Smart TV)等。控制装置上一般都安装有操作系统，包括但不限于：Windows操作系统、LINUX操作系统、安卓(Android)操作系统、Symbian操作系统、Windows mobile操作系统以及iOS操作系统等等。以上详细罗列了控制装置的具体实例，本领域技术人员可以意识到，控制装置并不限于上述罗列实例。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如图1所示的评估方法步骤。

其中，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

实施例

本实施例提供了一种晶圆W滑片风险的评估方法，具体包括如下步骤：

(1)在设定压力相同的情况下，分别采集气膜和保持环的摩擦力矩，分别记为torqueA和torqueB；

以半径r＝170mm的圆环上30°角的一点(x

x

(2)以抛光垫200的圆心作为原点O构建XOY坐标系，抛光头100在抛光垫200上的直线距离和夹角分别为R

(3)抛光头100的转速m＝90，(x

抛光垫200的转速q＝93，抛光垫200上任一点的线速度分量分别为v

/>

(4)抛光头100上的(x

v

v

抛光头100上的(x

抛光头100上的(x

(5)保持环所受的平均摩擦力记为f

抛光头100所受的平均摩擦力分量为

抛光头100所受的合摩擦力分量分别为Sum(f

(6)抛光头100和抛光垫200之间的偏心距为常数e＝200，抛光头100上的(x

抛光头100所受的平均摩擦力矩记为

抛光头100所受的总合摩擦力矩记为Sum

/>

(7)基于式(5.1)-(6.3)，可推导出f

将f

将f

将

Sum(f

保持环所受的侧向力F

(8)保持环和抛光垫200之间的摩擦系数记为μ

(9)晶圆W所受的平均摩擦力记为f

晶圆W所受的平均摩擦力分量分别为

晶圆W所受的合摩擦力分量分别为Sum(f

(10)晶圆W所受的平均摩擦力矩为

晶圆W所受的总合摩擦力矩为Sum

(11)基于式(9.1)-(10.2)，可推导出对f

将f

将f′

将

Sum(f

晶圆W所受的侧向力F

(12)晶圆W和抛光垫200之间的摩擦系数为μ

(13)根据式(8.1)和式(12.1)计算a＝μ

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。